Параметр плазмы - это безразмерное число , обозначаемое заглавной лямбда, Λ. Параметр плазмы обычно интерпретируется как аргумент кулоновского логарифма, который представляет собой отношение максимального прицельного параметра к классическому расстоянию наибольшего сближения в кулоновском рассеянии . В этом случае параметр плазмы определяется как: [1]
где
- n - плотность электронов,
- λ D - длина Дебая .
Это выражение обычно справедливо для плазмы, в которой тепловые скорости ионов намного меньше тепловых скоростей электронов. Подробное обсуждение кулоновского логарифма доступно в формуляре плазмы NRL , страницы 34–35.
Обратите внимание, что слово параметр обычно используется в физике плазмы для обозначения свойств объемной плазмы в целом: см. Параметры плазмы .
Альтернативное определение этого параметра дается средним числом электронов в плазме, содержащейся в сфере Дебая (сфера радиуса длины Дебая ). Это определение параметра плазмы чаще (и уместно) называется числом Дебая и обозначается. В этом контексте параметр плазмы определяется как
Поскольку эти два определения различаются только в три раза, они часто используются как взаимозаменяемые.
Часто фактор сброшен. Когда длина Дебая определяется как, параметр плазмы определяется выражением [2]
где
- ε 0 - диэлектрическая проницаемость свободного пространства ,
- k - постоянная Больцмана ,
- q e - заряд электрона,
- T e - температура электронов.
Что сбивает с толку, некоторые авторы определяют параметр плазмы как:
- .
Параметр сцепления
Тесно связанным параметром является связь плазмы. , определяемую как отношение кулоновской энергии к тепловой:
- .
Кулоновская энергия (на частицу) равна
- ,
где для типичного расстояния между частицами обычно берется радиус Вигнера-Зейтца . Следовательно,
- .
Ясно, что с точностью до числового множителя порядка единицы
- .
В общем случае для многокомпонентной плазмы параметр связи определяется отдельно для каждого вида s :
- .
Здесь s обозначает электроны или (тип) ионы.
Приближение идеальной плазмы
Одним из критериев, определяющих, можно ли строго назвать совокупность заряженных частиц идеальной плазмой, является то, что Λ ≫ 1. В этом случае коллективные электростатические взаимодействия преобладают над бинарными столкновениями, и частицы плазмы можно рассматривать так, как будто они только взаимодействуют с гладким фоновым полем, а не через парные взаимодействия (столкновения). [3] уравнение состояния каждого вида в идеальной плазме является то , что из идеального газа .
Свойства плазмы и Λ
В зависимости от величины Λ свойства плазмы можно охарактеризовать следующим образом: [4]
Описание | Величина параметра плазмы | |
---|---|---|
Λ ≪ 1 (Γ ≫ 1) | Λ ≫ 1 (Γ ≪ 1) | |
Связь | Сильно связанная плазма | Слабосвязанная плазма |
Сфера Дебая | Малонаселенной | Густонаселенный |
Электростатическое влияние | Почти непрерывно | Случайный |
Типичная характеристика | Холодный и плотный | Горячий и диффузный |
Примеры | Плазма лазерной абляции твердой плотности Очень "холодный" дуговый разряд "высокого давления" Эксперименты по инерционному синтезу | Физика ионосферы Магнитные термоядерные аппараты Физика космической плазмы Плазменный шар |
Рекомендации
- ↑ Chen, FF, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, (Springer, New York, 2006).
- ^ Миямото, К., Основы физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза (Иванами, Токио, 1997)
- ^ JD Callen, Университет Висконсин-Мэдисон, Черновой материал книги "Основы физики плазмы": Коллективные плазменные явления PDF
- ^ См . Записи лекции по параметрам плазмы Ричарда Фицпатрика.